本發(fā)明涉及智能機(jī)器人作業(yè)管理，具體為一種基于電力現(xiàn)場(chǎng)的智能機(jī)器人作業(yè)管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)逐漸從傳統(tǒng)的人工操作轉(zhuǎn)向更加智能化的機(jī)器人系統(tǒng)。電力現(xiàn)場(chǎng)是指變電站、輸電線(xiàn)路等電力設(shè)施所在的工作場(chǎng)所，這些場(chǎng)所具有作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，因此，對(duì)作業(yè)的智能化管理提出了更高的要求。智能機(jī)器人在電力現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用包括巡檢、操作、維護(hù)等多項(xiàng)任務(wù)，通過(guò)先進(jìn)的傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)、路徑規(guī)劃算法以及自動(dòng)化控制技術(shù)，智能機(jī)器人能夠在高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等危險(xiǎn)環(huán)境下自主完成各類(lèi)作業(yè)，有效提升了電力系統(tǒng)的安全性和運(yùn)行效率。

2、現(xiàn)有的電力現(xiàn)場(chǎng)智能機(jī)器人作業(yè)管理系統(tǒng)在一定程度上提升了作業(yè)的自動(dòng)化水平，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在著識(shí)別環(huán)境變化不夠精準(zhǔn)，尤其是對(duì)于突發(fā)性障礙物的識(shí)別和處理存在明顯不足。

3、當(dāng)前電力現(xiàn)場(chǎng)智能機(jī)器人作業(yè)管理系統(tǒng)在處理現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化、特別是一些動(dòng)態(tài)目標(biāo)物和突發(fā)性障礙物的識(shí)別和避障方面，仍存在明顯的不足。為了解決這些問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)能夠?qū)崟r(shí)感知環(huán)境變化并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的智能管理系統(tǒng)，以確保電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性和高效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于電力現(xiàn)場(chǎng)的智能機(jī)器人作業(yè)管理系統(tǒng)，解決了背景技術(shù)中的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于電力現(xiàn)場(chǎng)的智能機(jī)器人作業(yè)管理系統(tǒng)，包括：

3、信息采集模塊，用于初步對(duì)機(jī)器人周邊的環(huán)境信息進(jìn)行獲取，并將獲取的環(huán)境信息數(shù)據(jù)發(fā)送至后續(xù)的信息處理模塊，其中，環(huán)境信息包括地形、動(dòng)靜態(tài)目標(biāo)物信息；

4、信息處理模塊，用于對(duì)接收的實(shí)時(shí)采集的環(huán)境信息進(jìn)行預(yù)處理，包括濾波和去噪，減少傳感器誤差和環(huán)境噪聲，之后，通過(guò)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)生成周邊環(huán)境的三維點(diǎn)云模型，同時(shí)使用攝像頭獲取的圖像結(jié)合深度信息生成目標(biāo)物的二維和三維特征；接著在預(yù)處理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)攝像頭圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，識(shí)別并分類(lèi)環(huán)境中的目標(biāo)物；對(duì)于更精確的目標(biāo)物識(shí)別，可以使用語(yǔ)義分割技術(shù)，提取每個(gè)物體的邊界和輪廓；

5、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，用于根據(jù)信息處理模塊預(yù)處理的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果對(duì)相應(yīng)的目標(biāo)物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)記；

6、分析模塊，用于對(duì)機(jī)器人設(shè)定安全范圍，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果的同時(shí)，對(duì)進(jìn)入范圍的目標(biāo)物進(jìn)行判斷，判斷為非臨時(shí)目標(biāo)物和臨時(shí)目標(biāo)物，根據(jù)判斷結(jié)果做出相應(yīng)的處理；

7、機(jī)器執(zhí)行模塊，用于根據(jù)分析模塊的判斷結(jié)果，機(jī)器人做出相應(yīng)的行動(dòng)策略。

8、優(yōu)選的，在信息采集模塊中，獲取的具體方式為：

9、利用多傳感器融合技術(shù)，選擇合適的傳感器布置在機(jī)器人上，以全方位獲取環(huán)境信息；其中，傳感器包括：激光雷達(dá)、攝像頭、雷達(dá)、超聲波傳感器、由加速度計(jì)和陀螺儀組成的imu。

10、優(yōu)選的，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的具體方式為：

11、s1：確定行駛路徑上的所有目標(biāo)物；

12、s2：通過(guò)幀間對(duì)比的方式將目標(biāo)物區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)物；

13、s3：獲取動(dòng)態(tài)目標(biāo)物，對(duì)動(dòng)態(tài)的目標(biāo)物進(jìn)行再次分析，通過(guò)判斷是否發(fā)生碰撞，利用時(shí)間到碰撞模型數(shù)學(xué)模型，具體計(jì)算出機(jī)器人與目標(biāo)物之間的碰撞概率：接著，根據(jù)碰撞概率通過(guò)以下公式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：

14、s4：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值對(duì)動(dòng)態(tài)的相應(yīng)目標(biāo)物進(jìn)行分級(jí)并標(biāo)記。

15、優(yōu)選的，在步驟s3中，具體包括：

16、時(shí)間到碰撞ttc通過(guò)以下公式計(jì)算：

17、

18、其中，vrel為目標(biāo)物與機(jī)器人之間的相對(duì)速度向量：vrel＝vo-vr，vr為機(jī)器人速度向量，vo為目標(biāo)物速度向量，d為目標(biāo)物與機(jī)器人之間的相對(duì)位置向量：d＝po-pr，pr為機(jī)器人當(dāng)前位置向量，po為目標(biāo)物當(dāng)前位置向量；

19、若ttc>0，表示存在碰撞可能性，若ttc≤0，則認(rèn)為不會(huì)發(fā)生碰撞；

20、接著進(jìn)行碰撞距離計(jì)算，在時(shí)間ttc后，兩者的距離是否小于其安全距離，碰撞距離可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

21、dcollision＝|d+ttc·vrel|

22、其中，dcollision為碰撞距離，若：dcollision≤(rr+ro)，則表明機(jī)器人和目標(biāo)物在時(shí)間ttc后會(huì)相撞，式中：rr為機(jī)器人半徑或最小安全距離，ro：為目標(biāo)物半徑或最小安全距離，具體的參數(shù)值由工作人員進(jìn)行設(shè)定；

23、結(jié)合上述通過(guò)以下公式確定其機(jī)器人與目標(biāo)物之間的碰撞概率：

24、

25、其中，pcollision表示檢測(cè)到的碰撞概率；

26、接著，根據(jù)碰撞概率通過(guò)以下公式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：

27、

28、其中，rscore為目標(biāo)物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，wtype為目標(biāo)物類(lèi)型的權(quán)重；α、β、γ分別是碰撞概率、距離和速度的權(quán)重系數(shù)；∈是一個(gè)小常數(shù)，避免距離為零時(shí)分母為零的情況；vmax是相對(duì)速度的最大值，用于歸一化。

29、優(yōu)選的，在步驟s4中，具體包括：

30、當(dāng)rscore小于預(yù)設(shè)值g1大于0時(shí)，標(biāo)記為低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物，當(dāng)rscore小于預(yù)設(shè)值g2并大于g1時(shí)，標(biāo)記為中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物，當(dāng)rscore超過(guò)預(yù)設(shè)值g2時(shí)，標(biāo)記為高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物，其他情況標(biāo)記為靜態(tài)目標(biāo)物，且g1<g2。

31、優(yōu)選的，在分析模塊中：

32、對(duì)進(jìn)入安全范圍的目標(biāo)物進(jìn)行判斷的方式為：

33、對(duì)機(jī)器人設(shè)定安全范圍，機(jī)器人在行駛過(guò)程中，對(duì)周邊的信息進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷有物體進(jìn)入該范圍時(shí)，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行判斷，當(dāng)識(shí)別到被標(biāo)記的目標(biāo)物出現(xiàn)在該范圍時(shí)，判斷為非臨時(shí)目標(biāo)物，當(dāng)沒(méi)有識(shí)別被標(biāo)記的目標(biāo)物，出現(xiàn)在該范圍時(shí)，判斷為突發(fā)的臨時(shí)目標(biāo)物。

34、優(yōu)選的，判斷結(jié)果做出相應(yīng)的處理方式為：

35、當(dāng)判斷為非臨時(shí)目標(biāo)物時(shí)：

36、若目標(biāo)物的標(biāo)記為低風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)器人可以繼續(xù)保持當(dāng)前行駛路徑和速度，但會(huì)持續(xù)監(jiān)控，做好提前規(guī)劃；

37、若目標(biāo)物的標(biāo)記為中風(fēng)險(xiǎn)，且碰撞概率較高，機(jī)器人應(yīng)減速并準(zhǔn)備采取規(guī)避措施，并會(huì)實(shí)時(shí)更新目標(biāo)物的位置和速度，調(diào)整路徑以避免碰撞；

38、若目標(biāo)物的標(biāo)記為高風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)器人應(yīng)立即采取避讓行動(dòng)，包括急停、路徑重規(guī)劃，甚至是倒車(chē)措施。

39、優(yōu)選的，當(dāng)判斷為突發(fā)的臨時(shí)目標(biāo)物時(shí)：

40、若傳感器檢測(cè)到突發(fā)的臨時(shí)目標(biāo)物進(jìn)入安全范圍，機(jī)器人會(huì)立刻將其標(biāo)記為特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物，并進(jìn)行緊急處理。

41、優(yōu)選的，緊急處理的方式為：

42、計(jì)算特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物與機(jī)器人之間的時(shí)間到碰撞，公式如下：

43、

44、其中，dcurrentd為當(dāng)前距離，vtel是特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物與機(jī)器人之間的相對(duì)速度；

45、根據(jù)周?chē)h(huán)境因素計(jì)算周邊環(huán)境影響系數(shù)eenv，該系數(shù)通過(guò)如下公式確定：

46、

47、其中，nobstacles是機(jī)器人周?chē)哪繕?biāo)物數(shù)量，sfree是可行駛空間的面積，stota是機(jī)器人當(dāng)前安全范圍內(nèi)的總面積；

48、將ttc1與環(huán)境影響系數(shù)結(jié)合，計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分rspecial:

49、

50、接著，根據(jù)rspecial的值，機(jī)器人采取不同的行動(dòng)措施。

51、優(yōu)選的，機(jī)器人采取不同的行動(dòng)措施為：

52、若rspecial>預(yù)設(shè)值h2，意味著特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物距離機(jī)器人非常近且環(huán)境復(fù)雜，機(jī)器人應(yīng)立即停留，以避免任何可能的碰撞風(fēng)險(xiǎn)；

53、若預(yù)設(shè)值h1<rspecial<預(yù)設(shè)值h2，機(jī)器人嘗試避讓?zhuān)匦乱?guī)劃路徑，避開(kāi)特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物，此時(shí)，機(jī)器人可能減速或改變行駛方向；

54、若rspecial<預(yù)設(shè)值h1，環(huán)境較為簡(jiǎn)單且特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物遠(yuǎn)離，機(jī)器人可以繼續(xù)監(jiān)控其動(dòng)態(tài)，并在保持警惕的情況下，緩慢前進(jìn)。

55、本發(fā)明提供了一種基于電力現(xiàn)場(chǎng)的智能機(jī)器人作業(yè)管理系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比具備以下有益效果：

56、(1)本發(fā)明通過(guò)對(duì)獲取的環(huán)境信息進(jìn)行預(yù)處理，并結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別，系統(tǒng)能夠精確區(qū)分出環(huán)境中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)物；在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)進(jìn)一步應(yīng)用時(shí)間到碰撞模型(ttc)和碰撞距離計(jì)算模型，對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)物進(jìn)行詳細(xì)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析，通過(guò)結(jié)合不同目標(biāo)物類(lèi)型、相對(duì)速度、距離等因素，系統(tǒng)得出了目標(biāo)物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分，并根據(jù)評(píng)分對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行分級(jí)標(biāo)記。這樣的分級(jí)標(biāo)記使得機(jī)器人在面對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的目標(biāo)物時(shí)，可以采取相應(yīng)的策略，從而有效避免可能的碰撞事故。這種基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制確保了機(jī)器人在復(fù)雜電力現(xiàn)場(chǎng)中執(zhí)行任務(wù)時(shí)的安全性，使其能夠主動(dòng)規(guī)避潛在危險(xiǎn)，避免對(duì)電力設(shè)備和作業(yè)人員造成損害，系統(tǒng)還能夠根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果不斷調(diào)整和優(yōu)化機(jī)器人行動(dòng)策略，進(jìn)一步提高了應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。

57、(2)本發(fā)明，通過(guò)特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物緊急處理機(jī)制，系統(tǒng)能夠迅速計(jì)算特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)物與機(jī)器人之間的時(shí)間到碰撞(ttc)，并結(jié)合環(huán)境影響系數(shù)，得出綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分，根據(jù)評(píng)分結(jié)果，機(jī)器人可以立即采取包括急停、重新規(guī)劃路徑等應(yīng)急措施，從而避免潛在的重大事故，系統(tǒng)的這一特性尤其適用于電力現(xiàn)場(chǎng)這種環(huán)境復(fù)雜、突發(fā)情況多的工作場(chǎng)景，能夠顯著減少因突發(fā)事件導(dǎo)致的停電或設(shè)備損壞事故，通過(guò)對(duì)突發(fā)事件的及時(shí)記錄和后續(xù)學(xué)習(xí)，系統(tǒng)還能不斷優(yōu)化其緊急處理策略，使得機(jī)器人在未來(lái)的作業(yè)中更加高效、安全；